NL7901692A - Pijp voor een kraakinstallatie. - Google Patents

Description

t ~· * N.O. 27.300 3.7. Koninklijke Maatschappij "De Schelde", te YLISSINGEH.

Pijn voor een kraakinstallatie

De uitvinding heeft "betrekking op een pijp voor een kraakinstallatie, in het bijzonder een kraakoven.

Bij de bereiding van ethyleen uit nafta is pyro-lyse bij zeer hoge temperatuur het enige proces waarmee nog op een normale wijze voldaan kan worden aan de toe- 5 nemende vraag naar ethyleen.

Deze werkwijze wordt uitgevoerd in pijpovens, zogenaamde kraakovens, waarbij verzadigde koolwaterstoffen, nafta in geval van ethyleen, gemengd met stoom worden gevoerd door horizontaal of vertikaal opgestelde pijpen, die 10 uitwendig door gasbranders of oliebranders tot een zeer hoge temperatuur worden verhit. De endotherme kraakreactie vindt in hoofdzaak plaats in de stralingszone binnen de pijpen waar de hoogste temperatuur heerst, en wel gedurende een verblijftijd van enkele seconden tot enkele tienden 15 seconden afhankelijk van de installatie. Hier wordt het mengsel koolwaterstof-stoom bij een druk van ongeveer 200 kPa en een temperatuur tot ongeveer 900°C verhit. Het hierbij gevormde kraakgas wordt vervolgens geforceerd gekoeld. 20

Bij de recente bekende processen wordt reeds een hoge graad van perfectie bereikt, zodat een verhoging van de ethyleen-opbrengst nog slechts mogelijk is door verhoging van de kraaktemperatuur en verkorting van de verblijftijd. 25

De bovenvermelde temperatuur van 900°C heeft men kunnen bereiken door toepassing van hoog gelegeerd nikkel, 7901692 2 \ * bijvoorbeeld CrHi 25/20. Hiervan bedraagt de maximum pijp-wandtemperatuur ongeveer 1050°C bij een temperatuur in de branderruimte van ongeveer 1200°C.

Hogere kraakgastemperaturen zijn echter tot op heden niet mogelijk gebleken, omdat de nikkellegeringen bij 5 nog hogere temperaturen de druk van het kraakgas in het inwendige van de pijp niet meer kunnen weerstaan.

Onderzoekingen met keramisch materiaal voor de pijpen hebben niet tot het gewenste resultaat geleid, in hoofdzaak omdat ook de keramische pijpen onvoldoende weer- 10 stand bieden tegen hoge druk.

De uitvinding beoogt thans een pijp voor een kraakinstallatie te verschaffen die met nog hogere pijp-wandtemperaturen en hogere druk kan werken dan tot nu toe mogelijk was. Hierdoor kan de ethyleenopbrengst aanzien- 15 lijk worden verhoogd. Het spreekt echter vanzelf dat de toepassing van deze pijpen niet tot de vervaardiging van ethyleen beperkt is.

Het bovenstaande wordt bereikt bij de pijp volgens de uitvinding, die het kenmerk heeft, dat zij bestaat uit 20 een interne pijp van materiaal dat bestand is tegen zowel het milieu als de temperatuur die kunnen heersen in het inwendige van de pijp; een om deze pijp aangebrachte bewapening, die van meerdere tussen de bewapeningdelen gelegen openingen of doorgangen is voorzien en bestaat uit 25 materiaal dat bestand is tegen de op de pijp uitgeoefende druk- en trekkrachten; een externe pijp, die coaxiaal om de interne pijp en de hierom aangebrachte bewapening is gelegen en bestaat uit materiaal dat bestand is tegen zowel het milieu als de temperatuur die kunnen heersen bui- 30 ten deze externe pijp, waarbij de interne en externe pijp door het aanleggen en toevoeren van druk en temperatuur, in de openingen tussen de delen van de bewapening door fusie- of druklassen of solderen met elkaar zijn verbonden.

De bewapening kan bestaan uit een netwerk of een 35 vlechtwerk van draden, een kous, maar ook uit draden die 7901692 3 schroeflijnvormig in tegengestelde richtingen om de pijp zijn gewikkeld. Ook kan een enkele wikkeling worden gewikkeld op een aantal parallelle langsdraden, die op de interne pijp zijn gelegen. Deze bewapening kan verder bestaan uit een buis van passend materiaal bijvoorbeeld 5 plaatmateriaal die om de interne pijp is geschoven en van een groot aantal openingen of doorgangen is voorzien, bijvoorbeeld door ponsen of zagen. Een voorwaarde is dat er voldoende openingen zijn om door fusielassen onder druk en temperatuur een stevige hechting tussen de interne en 10 de externe pijp tot stand kunnen brengen.

Op de kopse uiteinden van de door fusie met elkaar verbonden pijpen kunnen afdichtingslagen of ringen worden aangebracht, bij voorkeur door oplassen met behulp van hetzelfde materiaal als dat van de pijpen. 15

Gedurende het fusielassen onder hoge druk en temperatuur wordt bij voorkeur vacuum tussen de pijpen gezo gen.

Nabij de kopse uiteinden kan men de bewapening over een korte afstand tot het uiteinde achterwege laten, 20 zodat hier, waar de twee pijpen met elkaar zijn verbonden, een kop oppervlak wordt verkregen van uitsluitend het materiaal van de twee coaxiale pijpen.

Het materiaal van zowel de interne als de externe pijp is bij voorkeur nikkel of een nikke11egering zoals 25 inconel 601, welke materialen tegen de gewenste hoge kraaktemperatuur bestand zijn. Het materiaal is echter niet tot deze genoemde stoffen beperkt. Ook kunnen bijvoorbeeld kobalt-legeringen worden toegepast, in het algemeen materialen die de genoemde hoge temperatuur en het 30 milieu kunnen verdragen.

Voor de bewapening is vanwege de sterkte in het bijzonder molybdeen en zijn legeringen geschikt. Dit materiaal zal bij de genoemde hoge temperatuur onder invloed van zuurstof onmiddellijk oxyderen. Door de omhullende 35 pijpen van nikkel of legeringen hiervan wordt deze bewa- 7901692 V- -τ 4 pening echter volledig ingebed en aldus zeer doeltreffend tegen het omringende milieu beschermd. Tegelijkertijd geeft het de pijpen de noodzakelijke stevigheid om de procesdruk te kunnen weerstaan, alsmede voldoende sterkte in de langsrichting van de pijp. 5

In plaats van molybdeen kunnen echter ook andere passende materialen worden toegepast, zoals wolfram, tan-talium of legeringen hiervan.

De fusie tussen de twee coaxiale pijpen in de ope-ningen tussen de bewapeningsdelen levert vanzelfsprekend 10 de noodzakelijke goede warmteoverdracht op van het uitwendige van de pijpen, waar zich de verbrandingsgassen bevinden, naar het inwendige met de stoom en/of het kraakgas.

Ook levert deze fusie een goede afdichting in axiale richting op, indien in een van de pijpwanden een lek zou ont- 15 staan.

Met de pijpen volgens de uitvinding vervaardigd van nikkellegeringen en molybdeen kunnen kraakgastempera-turen worden bereikt tot tegen 1300°C bij een druk van 300 kPa (3 atmosfeer) of hoger. Deze veel hogere tempera- 20 tuur dan tot nu toe maximum te bereiken was, te weten 900°C, levert een zeer sterke toename op van het rendement, dat wil zeggen een veel hogere ethyleenopbrengst bij eenzelfde hoeveelheid gestookt aardgas.

De pijp wordt gelijktijdig met het aanwenden van 25 druk verhit tot een temperatuur van ongeveer 1300°. Deze verhitting kan over de gehele pijplengte plaats vinden, maar ook binnen een korte, de pijp over een deel van zijn lengte omgevende verhittingsoven waar de pijp in zijn langsrichting doorheen wordt gevoerd of die in langsrich- 30 ting om de pijp wordt gevoerd.

Als de pijp de genoemde hoge oventemperatuur bereikt wordt de vloeigrens van het pijpmateriaal overschreden, zodat de twee coaxiale pijpen onder de bovengenoemde hoge druk en het opgewekte vacuum in de tussenruimte zo 35 sterk naar elkaar worden gedrukt, dat het materiaal van de 7901692 T .£ 5 pijpen in de openingen tussen de delen of draden van de bewapening wordt gedrukt en daar door druk- of fusielassen met elkaar wordt verbonden. De delen of draden van de bewapening worden volledig alzijdig ingebed in het materiaal van de coaxiale pijpen zodat het materiaal van 'de bewape- 5 ning volledig tegen het uitwendige en inwendige milieu van de pijpen wordt beschermd, terwijl de draden ook niet meer kunnen verschuiven.

Vanzelfsprekend moet het materiaal van de bewapening zodanig zijn, dat bij de hoge vloeigrenstemperatuur 10 van het materiaal van de pijpen de bewapening zijn vorm houdt.

De uitvinding zal thans nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarop een uitvoeringsvoorbeeld van een pijp volgens de uitvinding is weergegeven. 15

Fig. 1 toont een pijp volgens de uitvinding, gedeeltelijk in doorsnede, voordat de interne en de externe pijp met elkaar zijn verbonden; fig. 2 toont een pijp volgens de uitvinding in doorsnede, na het fusielassen van de interne aan de ex- 20 terne pijp en het oplassen van een kopse afsluitring.

Deze pijp is over 90° om de hartlijn gedraaid ten opzichte van de pijp in fig. 1.

In fig. 1 is een uiteinde van een pijp volgens de uitvinding weergegeven, waarbij het meest linkse deel in 25 de figuur geheel in doorsnede is getekend, dat wil zeggen door de beide coaxiale pijpen. Het middengedeelte toont alleen de externe pijp in doorsnede, terwijl het rechter-deel de externe pijp in aanzicht weergeeft.

De interne pijp 1, die bij voorkeur uit nikkel 30 of een nikkellegering bestaat',, is in het geval van dit voorbeeld, als bewapening stevig schroeflijnvormig, kruiselings omwikkeld met twee molybdeendraden 3 en 4, die in tegengestelde zin zijn gewikkeld. In het linkerdeel van fig. 1 zijn de draden 3 en 4- eveneens doorgesneden en 35 worden met de ononderbroken getekende lijnen de gangen 7901692 η. - 'r 6 van deze draden aan de achterzijde van de interne pijp 1 aangegeven. Het middengedeelte toont het uitwendige van de interne pijp 1 met de om deze pijp kruiselings gewikkelde molybdeendraden 5 en 4.

Over deze draad wordt hij' voorkeur nauw passend, 5 de externe pijp 2 geschoven, tot de kopse kanten van de heide pijpen links in de figuur, vanzelfsprekend ook in het niet weergegeven rechterdeel gelijk liggen. De pijp 2 moet zo nauw passend of schuivend passend over de molybdeen-draden 3 en 4 worden geschoven, dat nog voldoende spleten 10 overblijven om in de gehele tussenruimte 5 over de gehele lengte van de pijp vacuum te zuigen.

Het aldus gevormde samenstel van pijpen 1 en 2 en draden 3 en 4 wordt vervolgens gebracht in een gasdrukka-mer-ovencombinatie 8. Deze druk-ovencombinatie 8 kan be- 15 staan.uit een warmte geïsoleerde, gesloten drukhuid 10 met warmte-isolatie 11, die de te lassen pijpen geheel omgeeft en gevuld is met een bij voorkeur inert gas. Deze druk-ovencombinatie 8 is in fig. 1 slechts schematisch aangegeven. De oven wordt verhit door stralingselementen 9· De 20 vereiste druk wordt bereikt door verhoging van de druk van het inerte vulgas.

De uiteinden van de pijpen 1 en 2 die toegang geven tot de binnenruimte 5 kunnen profisorisch worden afgedicht, bijvoorbeeld door lassen of met ringen 6, waarin 25 vacuum zuigopeningen voor pijpen 7 zijn aangebracht. De pijpen 7 staan in verbinding met de genoemde binnenruimte 5 en voeren naar een of meer niet weergegeven vacuumpom-pen, die buiten de drukkamer-ovencombinatie 8 zijn opgesteld. 30

Het werkzame ovendeel kan de vorm hebben van een uit de drukhuid uitspringende ring of kort buisstuk, dat evenals de drukhuid coaxiaal om het pijpsamenstel is geplaatst.

Men kan nu ofwel het pijpensamenstel door de druk- 35 oven 10, 8 verplaatsen, maar het pijpensamenstel kan ook 7991692 T- *» 7 stationair worden opgesteld, terwijl de drukoven 10, 8 in de langsrichting van het pijpsamenstel wordt verplaatst.

Als het pijpensamenstel in de drukkamer is geplaatst wordt vacuum in de tussenruimte 5 opgewekt. Vervolgens indien de pijpen uitnikkel of een nikke11egering 5 bestaan en de bewapening uit molybdeendraden 3 en 4- wordt de druk in de drukkamer opgevoerd tot op het binnenopper-vlak van de binnenpijp 1 en op het buitenoppervlak van de buitenpijp 2 een druk wordt uitgeoefend van 4-500 - 5000 kPa (4-5 - 50 atmosfeer). Gedurende het aanleggen van deze druk 10 wordt bij voorkeur het vacuum in de tussenruimte 5 gehandhaafd. Het pijpensamenstel wordt binnen de oven 8, 10 verhit tot een temperatuur van ongeveer 1300°C eveneens bij toepassing van nikkel of een nikkeliegering voor de pijpen.

Ter plaatse waar deze temperatuur wordt bereikt zullen nu 15 door de op de pijpen 1 en 2 uitgeoefende druk en het tussen de pijpen 1 en 2 opgewekte vacuum, na het overschrijden van de vloeigrens van het pijpmateriaal de pijpen naar elkaar toe worden gedrukt, waarbij eerst de axiale ruimte tussen de draden 3 en 4·, waar inmiddels een vacuum heerst 20 wordt opgevuld, De druk en temperatuur moeten uiteindelijk zo hoog worden opgevoerd, dat het materiaal van pijp 1 en pijp 2 in de genoemde ruimte tussen de draden volledig samenvloeit, dat wil zeggen dat er tussen de pijpen 1 en 2 een fusielas van zeer goede kwaliteit tot stand is ge- 25 komen terwijl de draden 3 en 4 volledig zijn ingebed.

In fig. 1 is een uitvoeringsvorm weergegeven waarbij zoals hierboven is vermeld twee ononderbroken draden 3 en 4- kruiselingi^de binnenpijp 1 zijn gewikkeld. De uitvinding is hiertoe echter vanzelfsprekend niet beperkt. 30

In plaats van twee draden kunnen meer draden worden toegepast, die bijvoorbeeld tussen elkaar worden gewikkeld.

De wikkelspoed behoeft ook niet overal constant te zijn, en kan bijvoorbeeld ter plaatse van een hogere temperatuur kleiner werden gekozen. 35

Ook kunnen eerst op de interne pijp 1 meerdere parallelle draden in langsrichting worden aangebracht, 7901692 8 waarover dan schroeflijnvormig een of meer draden worden gewikkeld.

Bij het kiezen van de wanddikte voor de pijpen 1 en 2 moet er vanzelfsprekend rekening mee worden gehouden, dat ook waar twee draden 3 en 4 op elkaar liggen nog vol- 5 doende restwanddikte tussen de buitenzijde en de draden overblijft en dat ook deze draden volledig alzijdig werden ingebed.

De uitvinding is ook niet tot draden met ronde dwarsdoorsneden beperkt. In plaats van draden kunnen ban- 10 den of stroken worden toegepast of een betrekkelijk groot mazig geweven buisnet. Ook is een buisvormige bewapening mogelijk van plaatmateriaal met een groot aantal over de gehele bewapening verdeelde openingen waar het materiaal van de pijpen 1 en 2 kan samenvloeien. 15

Uit de in fig. 2 weergegeven gedeeltelijke dwarsdoorsnede van een pijp volgens de uitvinding blijkt, dat deze een gegolfd buitenoppervlak bezit, wat het gevolg is van het tussen de draden 3 en 4 naar elkaar toe bewegen van het pijpmateriaal. De stippellijn ter plaatse van het 20 cilindervlak van de draden 3 geeft de plaats aan waar de twee buizen 1 en 2 met elkaar zijn verbonden. Dit is slechts een denkbeeldige lijn, aangezien de samenvloeiing in de praktijk zo volledig is, dat geen materiaalover-gang kan worden waargenomen. 25

De kopse zijkanten van de met elkaar verbonden pijpeinden kunnen worden · bedekt met een ring 12, die bij voorkeur door oplassen wordt verkregen. Deze ring kan de ring 6 in fig. 1 zijn en zal bij voorkeur uit hetzelfde materiaal als dat van de pijpen 1 en 2 bestaan. 30

Voor een kraakinstallatie, waarin pijpen volgens de onderhavige uitvinding worden toegepast, kan worden gedacht aan een opstelling met ononderbroken pijpen met een lengte van 10 - 20 m en een diameter van 130 mm uitwendig, waarbij de eveneens ononderbroken bewapening in 35 een arbeidsgang is aangebracht. Vanzelfsprekend kunnen 7901692

Claims (9)

1. Pijp voor een kraakinstallatie, met het kenmerk, dat deze pijp bestaat uit een interne pijp, van materiaal dat bestand is tegen zowel het milieu als de temperatuur die kunnen heersen in het inwendige van de 2C pijp; een om deze interne pijp aangebrachte bewapening, die van meerdere tussen de bewapeningsdelen gelegen ope-ningen of doorgangen is voorzien en bestaat uit materiaal dat bestand is tegen de op de pijp uit te oefenen druk-en trekkrachten; een externe pijp, die coaxiaal om de in- 25 terne pijp en de bewapening is gelegen en bestaat uit materiaal dat bestand is tegen zowel het milieu als de temperatuur die kunnen heersen.buiten de externe pijp, waar-en externe pi<]P bij de interne pijp/onder het aanleggen en toevoeren van druk en temperatuur in de openingen tussen de delen van 30 de bewapening door druk- of fusielassen of solderen met elkaar zijn verbonden.

2. Pijp volgens conclusie 1, met het k e n m e r k, dat de interne en externe pijpen bestaan uit nikkel of een nikkeilegering en dat de bewapening be- 55 staat uit molybdeen. 7901692 -w.

3. Pijp volgens conclusies 1 en 2, met het kenmerk, dat de bewapening bestaat uit meerdere draden die kruiselings in tegengestelde richting om de interne pijp zijn gewikkeld.

4. Pijp volgens conclusies 1 en 2, met het 5 kenmerk, dat de bewapening bestaat uit langsdraden en een hieromheen gewikkelde draad.

3. Pijp volgens een van de conclusies 1 of 2, met het kenmerk, dat de bewapening bestaat uit meerdere stroken die om de interne pijp zijn gewikkeld 10 respectievelijk hierop zijn aangebracht.

6. Pijp volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de kopse uiteinden van de door fusielassen met elkaar verbonden interne en externe pijp met een ring van hetzelfde materiaal als de 15 pijpen zijn bedekt.

7. Pijp volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de ring door oplassen is verkregen.

8. Pijp volgens een van de conclusies 1 tot en met 6, met het kenmerk, dat de interne en 20 externe pijpen bestaan uit inconel 601.

9. Pijp volgens een van de conclusies 1 tot en met 6, met het kenmerk, dat de bewapening bestaat uit wolfram of tantaal of legeringen hiervan. 7901692